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DNAzymes at Work: A DFT Computational Investigation on the Mechanism of 9DB1

化学 亲核细胞 立体化学 正在离开组 核糖 氢键 核苷酸 协同反应 磷烷 碱基 分子 DNA 催化作用 有机化学 生物化学 基因
作者
Edoardo Jun Mattioli,Andréa Bottoni,Matteo Calvaresi
出处
期刊:Journal of Chemical Information and Modeling [American Chemical Society]
卷期号:59 (4): 1547-1553 被引量:10
标识
DOI:10.1021/acs.jcim.8b00815
摘要

The 9DB1 DNAzyme follows an addition–elimination (AN+DN) two-step mechanism, involving a phosphorane intermediate, where the 3′-hydroxyl group (nucleophile) of one RNA fragment attacks the 5′-triphosphate of another RNA fragment. This mechanism does not involve a divalent metal cation in agreement with the experimental evidence. The process is assisted by two proton transfers that activate the nucleophile (first step) and the leaving group (second step). The dA13 nucleotide is not directly involved in the reaction. However, it plays an important role in determining the regioselectivity of the process: since the dA13 phosphate forms a strong hydrogen bond with the 2′-hydroxyl, only the 3′-hydroxyl can behave as a nucleophile and form the new 3′-5′ bond. In silico mutagenesis, where the dA13 phosphate oxygen involved in the hydrogen contact was replaced by a sulfur atom, causes a significant rearrangement of the A50 ribose position with an increase in the activation barrier and a consequent lower enzymatic activity in agreement with the experimental evidence. A similar effect is determined by the replacement of the 2′-hydroxyl with different groups such as F, H, and OMe.
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